INTRODUZIONE ALLA GEOTERMIA A BASSA ENTALPIAambiente.comune.forli.fc.it/public/upload/Forli_SalaSantaCaterina... · La geotermia per la climatizzazione degli edifici L’utilizzodellageotermia

INTRODUZIONE ALLA GEOTERMIA

Risparmio energetico: una soluzione possibile

Sala Santa Caterina – via Romanello 2 Forli – 5 marzo 2010

INTRODUZIONE ALLA GEOTERMIA

A BASSA ENTALPIA

VENERDI 5 MARZO ’ 10

Francesco Tinti - Dipartimento DICAM - UNIBO

La geotermia per la climatizzazione degli edifici

L’utilizzo della geotermiaa bassa entalpia fariferimento allosfruttamento del caloreterrestre presente allivello superficiale dellacrosta, nei primi 10-200m di profondità. Il caloreimmagazzinato non èquasi mai sufficiente per

Sistema di distribuzione

interno a bassa temperatura

Sistema di distribuzione per l’acqua calda sanitaria


quasi mai sufficiente perapplicazioni dirette diriscaldamento, per cuinecessita di un aiutotermico, ad opera dipompe di calore eterminali di distribuzionea bassa temperatura.Questa tecnologia si vadiffondendo in Italia dagliultimi 5-6 anni.

Centrale termica di trasferimento dell’energia: la pompa di calore

I geoscambiatoriper il prelievo

dell’energia geotermica Francesco Tinti - UNIBO

L’impianto a pompa di caloreDefinizione: macchina chepermette, fornendo lavorodall’esterno, di trasferirecalore da un sistema a unacerta temperatura a unsistema a temperaturasuperiore, in accordo con iprincipi dellatermodinamica.

Analogia idraulica: come

Pompa di circolazione

Ai pannelli radianti

Centralina di controllo


Analogia idraulica: comeuna pompa idraulicasolleva acqua da unserbatoio a quota inferiorea uno a quota superiore,così la pompa di calorepermette di innalzare illivello termico globale.

Pompa di caloreSerbatoio inerziale

Alle sonde geotermiche

Contatori elettrici

Francesco Tinti - UNIBO

Sorgenti di energia “gratis”L’aria è la sorgente dienergia più comunementeutilizzata, nelle duetipologie: unità “split”(aria-aria) o gruppifrigoriferi (aria-acqua).

Vantaggi:

Disponibilità illimitata

Facile installazione

ARIA

COSTO CONTENUTO

RENDIMENTI MEDI


Facile installazione

Svantaggi:

T variabile, necessità disbrinamento

Basse efficienze, consumoelevato di energia elettrica

Formazione di “isolatermica”

Incompatibilitàarchitettonica

IMPATTI AMBIENTALI

Q1 = 5 kWt

COP = 2L = Q1/COP = 5/2 = 2,5 kWeQ2 = 2,5 kWt (50% energia rinnovabile)

Sorgenti di energia “gratis”L’acqua può essereun’ottima sorgente dicalore. Essa si trova inserbatoi idrici superficiali(laghi, fiumi, mare), osotterranei (falde artesianee freatiche). Lo scambiatoreè a fascio tubiero.

Vantaggi:

Utilizzo di risorsa naturale

ACQUA

COSTO INTERMEDIO

RENDIMENTI MEDIO -ELEVATI


Utilizzo di risorsa naturale

Installazione poco onerosa

Notevole energia scambiata

Svantaggi:

Disponibilità limitata

Influenza della stagionalitàper i serbatoi superficiali

Difficoltà autorizzative(soprattutto per i pozzi)

ELEVATI

PROBLEMI AUTORIZZATIVI

Q1 = 5 kWt

COP = 3,5L = Q1/COP = 5/3,5 = 1,4 kWeQ2 = 3,6 kWt (72% energia rinnovabile)

Sorgenti di energia “gratis”Il terreno è il miglioreserbatoio naturale dienergia termica, in quanto,già a 10-15 metri diprofondità non risente dellevariazioni stagionali. Losfruttamento della risorsaavviene tramite circuitichiusi, verticali oorizzontali

TERRA

COSTO ELEVATO

RENDIMENTI ELEVATI


orizzontali

Vantaggi:

Disponibilità illimitata

Notevoli efficienze

Minimi impatti termici

Zero impatto visivo

Svantaggi:

Costo elevato diinstallazione deigeoscambiatori

MINIMO IMPATTO AMBIENTALE

Q1 = 5 kWt

COP = 4,5L = Q1/COP = 5/5 = 1,1 kWeQ2 = 3,9 kWt (78% energia rinnovabile)


Differenti tipologie di geoscambiatori

I geoscambiatori sonocircuiti chiusi inseriti nelterreno in quantità eprofondità dipendenti dalleproprietà termiche deiterreni e dalle richieste dienergia termicadell’edificio e quindi dellapompa di calore.All’interno del circuito

SONDE VERTICALI

COLLETTORI ORIZZONTALI

Richiesta di poco spazioMassimo prelievo/immissione di calore nel terreno


All’interno del circuitochiuso circola il fluidotermovettore esterno, che siriscalda nel percorso, cedeil proprio caloreall’evaporatore, e quindiriprende il ciclo. Maggioreè la differenza ditemperatura generata,maggiore è l’energiatermica ceduta.

COLLETTORI ORIZZONTALI

PALI ENERGETICI

Richiesta di ampio spazioLimitata influenza della variabilità stagionale

Ipotizzabile con fondazioni profondeProgettazione termica/strutturale


� Convezione tra terreno e scambiatore

� Avvezione dovuta al flusso dell’acqua di falda nel terreno

� Convezione all’interno

Sonda geotermica verticale: meccanismi di scambio termico

Una sonda geotermicaverticale consiste di uncircuito chiuso, compostoda uno o più tubi ad U, deldiametro variabile tra 32 e40 mm. Tale circuito, inpolietilene o polietilenereticolato, viene inseritonel terreno a seguito diuna perforazione, riempita


� Convezione all’interno del collettore

� Irraggiamento negli strati superficiali

una perforazione, riempitadi malta bentonitica, diprofondità variabile aseconda dei criteriprogettuali. All’internodella sonda scorre il fluidotermovettore.


Un campo sonde geotermiche: una definizione

Un campo sondegeotermiche comprendeuna zona di territoriointeressata da un numerodefinito di sondegeotermiche verticali, inquantità tale dasoddisfare i fabbisognitermici richiesti dallapompa di calore. Il

Pompa di calore

SGV


pompa di calore. Ilnumero, la geometria e latipologia delle sondeverticali sono definite divolta in volta sulla basedelle potenze richieste edelle caratteristicheidrogeologiche dei terreni

Progetto di campo

sonde geotermiche,

Scanzorosciate (BG)(fonte: Geo-Net s.r.l.)


Sonda geotermica verticale: installazione nel terreno

La perforazione, didiametro compreso tra127 e 152 mm, ricordaquella per pozzi peracqua e le diversetecniche si adattano al

tipo di terreno incontrato.In linea generale, perterreni duri si predilige la


terreni duri si predilige larotopercussione ad aria,con rivestimento inacciaio, e per terrenisciolti si opta per larotazione con ricircolo diacqua. L’iniezione dellamalta bentonitica avvienedal basso per occludere ivuoti.

Punta U-bend

Contrap-peso

(fonte: Geo-Net s.r.l.)


Il monitoraggio degli impianti

Il monitoraggio degliimpianti è di fondamentaleimportanza, sia in fase dicollaudo, per la confermadelle ipotesi di progetto,sia sul lungo periodo perla verifica delmantenimentodell’efficienza iniziale.All’aumentare della

Sonde ditemperatura nelcircuito idraulico eall’interno dei pozzi


dell’efficienza iniziale.All’aumentare dellapotenza della pompa dicalore, e quindidell’energia estratta dalsottosuolo, aumenta infattiil rischio di modificatermica dello stesso.

Flussimetri per il controllo di portate epressioni

Contatori elettriciper la verifica deiconsumi

(fonte: B.R.T. di Berti Francesco)


Un iter progettuale:Campo sonde Urbino STEP 1:

analisi geologicapreliminare e progettocampo sonde percapannone industrialecon simulazioni termiche

STEP 2:


STEP 2:realizzazione SGV diprova, rilevazionestratigrafia e prelievocampioni di roccia

STEP 3:Preparazione materialedalle carote, analisitermiche di laboratoriosui provini

Materiale

Conducibilità

termica

(provino secco)

Bisciaro 1.3 W/mK

Marne calcaree 0.67 W/mK

(fonte: Gulini Termoidraulica s.r.l.)


Un iter progettuale:Campo sonde Urbino (segue)

STEP 4:test di risposta termicaper la verifica delleipotesi progettuali

STEP 5:Affinamento della


Affinamento dellaprogettazione con i datitermici ricavati daindagini di laboratorio edesunti dal test

STEP 6:realizzazione camposonde con sistema dimonitoraggio integrato

Risultati test

Conducibilità termica 1.96 W/mK

Resistenza termica 0.151 K/(W/m)

Temperatura del sottosuolo 15.5 °C

(fonte: Geo-Net s.r.l.)


I vantaggi ambientali ed energeticiLe pompe di caloregeotermiche sono sistemidi climatizzazione aridotto impattoambientale, in quanto:

� Non avviene alcunprocesso di combustione,quindi non si hannoemissioni in loco

Sfruttano un 60-70% di


Abbattimento delle emissioni (CO2, NOX,

Pm10):

In loco: zero zero emissioni

Riduzione del 50% delle TEP consumate

Riduzione emissioni in loco

� Sfruttano un 60-70% dienergia rinnovabile,l’energia dal terreno

� Essendo reversibili, conun unico impianto sisoddisfano le esigenze diriscaldamento,raffrescamento e acquacalda sanitaria


emissioni se con

In loco: zero zero emissioni

Globali:

� Abbattimento 60-70% se con alimentazione da rete

�� zerozero emissioni se con alimentazione da impianto fotovoltaico (es. 2-3 kW)

della dipendenza da importazioni estere

I vantaggi economici L’investimento per larealizzazione di unimpianto geotermico èsicuramente impegnativo,e superioreall’investimento necessarioper un sistematradizionale.

Il maggior investimento siripaga grazie ai ridotti


Pompa di

calore

Caldaia +

refrigeratore

Differenza

Investimento 20.000 € 10.000 € +10.000 €

Costo

annuale

400 € 1040 € - 640 €

Il maggior investimento siripaga grazie ai ridotticonsumi dell’impiantonegli anni. Il pay-backperiod è in genere di 7-10anni, cifra che può essereridotta se si usufruisconodei diversi incentiviattualmente presenti


Con sgravio fiscale 55% sulle ristrutturazioni

Il quadro normativo internazionale

ISO 13256-1/2 (2001): “Water source heat pumps – testing and rating for performance”

CEN 15450 (2007): “Heating systems in building: design of heat pump heating systems”

Attualmente a livelloeuropeo non esiste unanormativa tecnica sullemodalità di progettazionedei campi sondegeotermiche., mentreesistono standard edirettive sull’impiantisticainterna e l’installazionedelle pompe di calore.


AWP T1-5 (Svizzera): “Heat pump heating systems with borehole heat exchangers, ground collectors, groundwater”

VDI 4640 (Germania): “Thermal use of the underground”

delle pompe di calore.Alcuni stati, dove i sistemigeotermici si sonoaffermati da più tempo,hanno emanato proprienormative per laprogettazione edinstallazione delle sonde


Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources

Il quadro normativo italiano

Legge 99/2009: “Disposizioni sullo sviluppo el’internazionalizzazione delle imprese, nonché inmateria di energia”

UNI EN 15450 (2008): “Progettazione degli

In ambito nazionale è incorso di definizione unanormativa standard diriferimento perl’esecuzione delleperforazioni e laprogettazione del sistema.E’ recentissima la legge99/2009, in cuiall’interno dell’articolo 27


UNI EN 15450 (2008): “Progettazione degliimpianti di riscaldamento a pompa di calore”

Legge 464/84: “Norme per agevolarel’acquisizione (…) di elementi di conoscenzarelativi alla struttura geologica e geofisica delsottosuolo nazionale”

all’interno dell’articolo 27(misure per la sicurezza eil potenziamento delsettore energetico)vengono evidenziate laprocedura di D.I.A: personde geotermicheverticali e l’intenzione diadottare una normativanazionale sulle proceduredi autorizzazione.


Il quadro normativo locale e le iniziative regionali

Non essendo presente unaregolamentazione statale,le varie amministrazionipubbliche hanno adottatoproprie procedure, chespaziano da sistemi diverifica (Pr. di Milano), acomunicazioni di inizioscavo (Pr. di Bologna). Intutti i casi, alla


tutti i casi, alladocumentazione èrichiesto di allegare ilprogetto del campo sonde.

Sono attualmente in corsoprocedure diomogeneizzazione alivello regionale(Lombardia, modificaall’art. 10 della L.R.24/2006)


I sistemi di incentivazione attuali

Legge 24 dicembre 2007, n. 244 (leggefinanziaria 2008): “Disposizioni per la formazionedel bilancio annuale e pluriennale dello Stato”

A livello nazionale, ètutt’ora in vigore quantoemanato dalla LeggeFinanziaria 2008, e cioèla detrazione del 55% perimpianti geotermici abassa entalpia; sonoprevisti inoltre incentivifinanziari per reti diteleriscaldamento


Delibera di giunta regionale 156/2008:“approvazione atto di indirizzo e coordinamentosui requisiti di rendimento energetico e sulleprocedure di certificazione energetica degli edifici

teleriscaldamentoalimentate ad energiageotermica.

In ambito regionale, inEmilia Romagna è invigore l’obbligo del 50%dell’ACS da fonterinnovabile per le nuovecostruzioni.


Delibera 348/2007 dell’Autorità per l’energiaelettrica e il gas: “Condizioni economiche perl’erogazione del servizio di connessione”

GRAZIE PER GRAZIE PER

L’ATTENZIONE

Documents

INTRODUZIONE ALLA GEOTERMIA A BASSA ENTALPIAambiente.comune.forli.fc.it/public/upload/Forli_SalaSantaCaterina... · La geotermia per la climatizzazione degli edifici L’utilizzodellageotermia